JP5384670B2 - Aircraft engine with electric starter cooling - Google Patents
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Description
本発明は、航空エンジンを始動させるための電気装置の冷却に関する。 The present invention relates to cooling an electrical device for starting an aero engine.
本発明の特定の応用分野は、ガスタービンを有する航空エンジン、特にターボエンジンの分野である。 A particular field of application of the invention is in the field of aircraft engines with gas turbines, in particular turbo engines.
航空エンジンの始動は、通常、エンジンの軸を駆動する電気機械によって確実にされる。電気機械は、始動したときに電動機モードで、次いで同期発電機モードで動作する始動機/発電機(またはS/G)を形成する電動機または機械とすることができる。 The start of the aero engine is usually ensured by an electric machine that drives the shaft of the engine. The electric machine may be a motor or machine that forms a starter / generator (or S / G) that operates in motor mode when started and then in synchronous generator mode.
始動したときに、例えば欧州特許第1953899号明細書に示されているように、電気始動装置によって、すなわち実際の電気機械によって、それにまた、好ましくは電気機械を制御するために使用される電子電源回路によって生成された熱量を除去する必要がある。 An electronic power supply that is used when starting, for example as shown in EP 1953899, by an electric starter, ie by an actual electric machine, and preferably also for controlling the electric machine It is necessary to remove the amount of heat generated by the circuit.
航空エンジンでは、燃料は通常、冷却流体として、直接的に、または熱伝達流体、例えば油との熱交換により使用される。 In aero engines, fuel is typically used as a cooling fluid, either directly or by heat exchange with a heat transfer fluid, such as oil.
燃料は、タンク内へポンプで注入され、高圧ポンプを備えるエンジンの燃料回路に運ばれる。高圧ポンプは、エンジンの燃焼室に供給するための主回路に燃料を高圧下で送出する。高圧ポンプは、通常、エンジンの軸から機械式伝動ボックス(mechanical transmission box)またはアクセサリギアボックス(accessory gear box)AGBを介して駆動される歯車ポンプである。 Fuel is pumped into the tank and delivered to the engine's fuel circuit with a high pressure pump. The high pressure pump delivers fuel under high pressure to the main circuit for supply to the combustion chamber of the engine. The high-pressure pump is usually a gear pump driven from the shaft of the engine via a mechanical transmission box or an accessory gear box AGB.
エンジンのポンピング回路の高圧ポンプの出口で受け取られた燃料により電気始動装置の冷却を確実にすることが提案されている。冷却材燃料の十分な流れを低い始動速度で確実にするために、高圧ポンプにかなりの容量を与える必要がある。その場合、かかる容量は、エンジンが定格回転速度で運転する間に主供給回路によって必要とされる流量を提供するために、あまねく過剰な大きさにされ、それによって、燃料を低圧に戻すために高圧ポンプによって提供された燃料のかなりの部分を分流させる。電気始動装置の冷却装置に供給するために、エンジンによって機械的に駆動される追加ポンプの使用が検討されてもよい。しかしながら、かかる解決法は、質量の増大およびAGBとの追加の機械的接続部の要求によって表され、そのとき過大な燃料の流れを分流させることによる高速での問題を引き起こす。 It has been proposed to ensure cooling of the electric starter by the fuel received at the outlet of the high pressure pump of the engine pumping circuit. In order to ensure a sufficient flow of coolant fuel at a low starting speed, it is necessary to give the high pressure pump considerable capacity. In that case, such capacity is generally oversized to provide the flow required by the main supply circuit while the engine is operating at rated speed, thereby returning the fuel to a low pressure. Divert a significant portion of the fuel provided by the high pressure pump. The use of an additional pump that is mechanically driven by the engine to supply the cooling device of the electric starter may be considered. However, such a solution is represented by an increase in mass and the requirement for an additional mechanical connection with the AGB, which then causes problems at high speed by diverting excessive fuel flow.
米国特許第3,733,816号明細書には、高圧燃料ポンプの上流側に位置する、高圧燃料ポンプと直列のポンプによって提供される燃料を用いてガスタービンエンジンの電子計算機を冷却することが提案されており、両方のポンプは、エンジンに結合された共通の駆動軸に取り付けられる。 U.S. Pat. No. 3,733,816 uses a fuel provided by a pump in series with a high pressure fuel pump located upstream of a high pressure fuel pump to cool a gas turbine engine computer. Proposed, both pumps are mounted on a common drive shaft coupled to the engine.
本発明の目的は、かかる欠点を有していない、電気始動装置を冷却する問題に対する解決法を提案することである。 The object of the present invention is to propose a solution to the problem of cooling electric starters which does not have such drawbacks.
この目的は、低圧燃料導管に接続された入口および高圧燃料を供給するための主回路に接続された出口を有する高圧ポンプ含む燃料ポンピング装置と、エンジンを始動させるための電気装置と、燃料循環による冷却を確実にするためにポンピング装置に接続された電気始動装置用の冷却装置と、を備える航空エンジンであって、冷却装置には、高圧ポンプとは無関係に電動機によって駆動されるものでありかつ高圧ポンプの上流側でポンピング装置に接続された入口を有しているポンプによって燃料が供給される、航空エンジンを用いて達成される。 The purpose of this is by means of a fuel pumping device comprising a high pressure pump having an inlet connected to a low pressure fuel conduit and an outlet connected to a main circuit for supplying high pressure fuel, an electrical device for starting the engine, and fuel circulation. An aero engine comprising a cooling device for an electric starter connected to a pumping device to ensure cooling, the cooling device being driven by an electric motor independently of the high-pressure pump and This is accomplished using an aero engine, fueled by a pump having an inlet connected to a pumping device upstream of the high pressure pump.
かかる電気ポンプの使用は、高圧ポンプの容量を過大にせずに十分な流量の冷却燃料を低速で確実にする可能性を与え、エンジンによって機械的に駆動されるポンプを追加することに比べてかさばらずかつ実装が複雑でないことによって表される。 The use of such an electric pump offers the possibility of ensuring sufficient flow of cooling fuel at low speed without increasing the capacity of the high pressure pump, which is bulky compared to adding a pump mechanically driven by the engine. And is not complicated.
有利には、ポンピング装置は、エンジンの軸から駆動されるものでありかつ高圧ポンプの入口に接続された出口を有している低圧ポンプを備え、冷却装置に供給する電気ポンプは、低圧ポンプの出口と高圧ポンプの入口との間でポンピング装置に接続された入口を有する。 Advantageously, the pumping device comprises a low-pressure pump driven from the shaft of the engine and having an outlet connected to the inlet of the high-pressure pump, the electric pump supplying the cooling device being Having an inlet connected to the pumping device between the outlet and the inlet of the high pressure pump;
したがって、始動後、エンジンの回転速度が増大したときに電気ポンプが無効にされてもよく、その場合、低圧ポンプは、冷却装置に効果的に供給するために十分な回転速度で駆動されるので、冷却は、電気始動装置がS/G型である場合に恒久的に必要とされる可能性がある。 Thus, after starting, the electric pump may be disabled when the engine speed increases, in which case the low pressure pump is driven at a sufficient speed to effectively supply the cooling device. Cooling may be permanently required when the electrical starter is of the S / G type.
さらに有利には、冷却装置に供給する電気ポンプは、高圧燃料を供給するための主回路に接続された出口を有する。 More advantageously, the electric pump supplying the cooling device has an outlet connected to the main circuit for supplying high pressure fuel.
したがって、始動段階の間、電気ポンプは、主燃料供給回路に十分な燃料流量を提供するのに寄与することができる。その場合、歯車型であるが小容量の高圧ポンプを、あるいは歯車ポンプに比べて質量が小さくかつ信頼性の高い遠心型の高圧ポンプを使用することが可能であるが、この高圧ポンプは、低い始動速度でより低い燃料流量を送出する。 Thus, during the startup phase, the electric pump can contribute to providing sufficient fuel flow to the main fuel supply circuit. In that case, it is possible to use a high-pressure pump that is a gear type but has a small capacity, or a centrifugal high-pressure pump that is smaller in mass and more reliable than a gear pump. Deliver lower fuel flow at start speed.
特定の一実施形態によれば、冷却装置は、電気始動装置に接続された、熱伝達流体を循環させるための第1の回路と、冷却装置に供給する電気ポンプに接続された、燃料を循環させるための第2の回路と、第1の回路および第2の回路で挿通される熱交換器と、を備える。 According to one particular embodiment, the cooling device circulates fuel, connected to the first circuit for circulating the heat transfer fluid connected to the electric starter and to the electric pump supplying the cooling device. And a heat exchanger inserted through the first circuit and the second circuit.
冷却装置は、電気始動装置の電気始動機と電気始動機の電力制御回路とを冷却するように設計されうる。 The cooling device may be designed to cool the electric starter of the electric starter and the power control circuit of the electric starter.
本発明は、添付図面を参照して、指標であり限定するものではない、以下でなされる説明を読んだときにより良く理解されるであろう。 The invention will be better understood upon reading the description given below, which is indicative and not limiting, with reference to the accompanying drawings.
本発明の応用分野は、図1に非常に概略的に示されているような航空ガスタービンエンジンの分野であるが、本発明は、他の航空エンジン、特にヘリコプタのタービンならびに陸用エンジン(landborne engine)および船舶用エンジン(marine engine)にも適用可能である。 Although the field of application of the present invention is that of aviation gas turbine engines, as shown very schematically in FIG. 1, the present invention applies to other aviation engines, in particular helicopter turbines as well as landborne engines. It is also applicable to an engine) and a marine engine.
図1のエンジンは燃焼室1を備えており、燃焼室1からの燃焼ガスが高圧タービン2および低圧タービン3を駆動する。タービン2は、軸を介して、燃焼室に加圧空気を供給する高圧圧縮機に接続されており、低圧タービンは、別の軸を介して、エンジンの入口にあるファン5に接続されている。
The engine shown in FIG. 1 includes a combustion chamber 1, and combustion gas from the combustion chamber 1 drives a high-
伝動ボックスまたはアクセサリギアボックスAGB7が、機械動力取出装置9を介してタービン軸に接続されており、一定数のアクセサリと機械的に結合するための歯車アセンブリを備える。 A transmission box or accessory gear box AGB 7 is connected to the turbine shaft via a mechanical power take-off device 9 and comprises a gear assembly for mechanical coupling with a certain number of accessories.
図2は、本発明の一実施形態によるエンジン部分を顕著に示す略図である。 FIG. 2 is a schematic diagram that prominently shows an engine portion according to an embodiment of the present invention.
参照符号10は、電動機14によって駆動されるものでありかつエンジン20に燃料を運ぶ導管16に供給するものである燃料ポンプ12を備える航空機燃料タンクを示す。低圧遮断弁18(またはLPSOV)がエンジン20の上流側の導管16に介在される。
エンジン20は、エンジンの燃焼室に高圧燃料を供給するための主回路に燃料を供給するポンピング装置22を備える。
The
この目的のために、ポンピング装置22は低圧燃料ポンプ24を備え、低圧燃料ポンプ24の入口は導管16に接続され、低圧燃料ポンプ24の出口は導管28を介して高圧燃料ポンプ26の入口に接続される。高圧ポンプ26の出口は、主供給回路の導管30に接続される。計量装置32は、エンジンの燃焼室(図示せず)に制御された流量の高圧燃料を供給するために高圧ポンプによって供給された燃料の流れを受ける。
For this purpose, the
低圧ポンプ24は、例えば、AGBを介して機械的に駆動される遠心ポンプである。高圧ポンプ26は、この場合、同様にAGBを介して機械的に駆動される歯車ポンプである。
The low-
エンジン20は、例えばS/G型の電気始動装置40を備える。装置40はケース42内に収容される。装置40は、AGBと機械的に結合するための、ケース42から突出する軸46を有する電気機械44を含む。始動段階では、電気機械はAGBを介してタービン軸を駆動するために電動機モードで動作するが、始動後は、タービン軸が十分な回転速度に達したときに、電気機械の動作は発電機モードに切り替えられる。ケーシング48は、電気機械44を制御するための電力用電子機器を収容している。ケーシングは、エンジンの電子制御回路(図示せず)に電気的に接続される。ケーシング48は、図示のようにケース42に取り付けられてもよく、あるいはケース42から独立していてもよい。
The
本発明によれば、電気始動装置40の冷却は、エンジンの電子制御回路によって制御される電動機52自体によって駆動されるポンプ50によりポンピング装置内に取り入れられた燃料によって確実にされ、したがって、ポンプ50の駆動は高圧ポンプ26の駆動とは無関係である。
According to the present invention, the cooling of the
例示されている実施例では、冷却は、熱伝達流体が始動装置40内の熱量を吸収する熱交換によって確実にされる。
In the illustrated embodiment, cooling is ensured by heat exchange where the heat transfer fluid absorbs the amount of heat in the
熱伝達流体42aを循環させるためのチャネルは、ケース42の壁の中にケーシング48に近接して形成される。熱伝達流体は、例えば、AGBを含む様々な部材に注油するためにも使用される油である。油ポンプ(図示せず)を有する油回路は、油をチャネル42aに導く導管54と、チャネル42a内を循環しており、必要ならばケース42の軸46を支持する軸受に注油するためにも使用されている油を回収する導管56と、を備える。
A channel for circulating the
燃料と油との間の熱交換は交換器58の中で達成される。交換器58は、始動装置40から導管56を介して油を受け取り、冷却された油を油回路に戻す内部油回路と、ポンプ50の出口に接続された入口およびタンク10に接続された出口を有する燃料回路60の一部である内部燃料回路と、を備える。
Heat exchange between fuel and oil is accomplished in
例示されている実施例では、ポンプ50の入口は、導管28に、すなわち低圧ポンプ24の出口と高圧ポンプ26の入口との間に接続される。したがって、始動後に電気ポンプ50は止められてもよく、低圧ポンプ24を駆動するタービン軸の回転速度は、機械44を発電機モードに切り替えた後で始動装置を効果的に冷却するために、所要の冷却燃料流量を提供するのに十分になる。ポンプ50の停止は、タービン軸の回転速度が所与の最小値を超えると、エンジンの電子制御ユニットの制御下で電動機52を無効にすることによって制御される。
In the illustrated embodiment, the inlet of
ポンピング装置だけがタンク10の燃料ポンプによって直接供給される高圧ポンプを備える場合、電気ポンプ50は、高圧ポンプに供給する導管に接続される。
If only the pumping device comprises a high pressure pump that is directly supplied by the fuel pump of the
図2に示されているように、電気ポンプ50の出口は、導管62を介して、計量装置32の上流側の、加圧燃料を供給するための主回路の導管30にも接続されうる。したがって、始動段階の間、ポンプ50は、燃焼室に十分な燃料の流れを提供するのに寄与することができる。始動中に十分な燃料流量を提供するこの要件は、もはや高圧ポンプ26への負担ではないので、この場合、高圧ポンプ26として容積式歯車ポンプではなく遠心ポンプを使用することが有利に可能となる。始動後に高圧ポンプ26からの燃料が導管62に流れ込むのを回避するために、逆止め弁(anti−return valve)64が導管62に取り付けられる。
As shown in FIG. 2, the outlet of the
上記では、熱伝達流体として働く油を介して、燃料で間接的な方法で始動装置を冷却することが検討された。もちろん、他の熱伝達流体を使用することも可能であり、さらには、始動装置内で燃料を循環させることにより、始動装置を燃料で冷却することを直接達成することも可能である。 In the above, it has been considered to cool the starter in an indirect manner with fuel via oil acting as a heat transfer fluid. Of course, other heat transfer fluids can be used, and it is also possible to achieve direct cooling of the starter with fuel by circulating the fuel within the starter.
Claims (6)
冷却装置(54、56、58)には、高圧ポンプ(26)とは無関係に電動機(52)によって駆動されるものでありかつ高圧ポンプ(26)の上流側でポンピング装置に接続された入口を有しているポンプ(50)によって燃料が供給されることを特徴とする、航空エンジン。 A fuel pumping device including a high pressure pump (26) having an inlet connected to a low pressure fuel conduit (28) and an outlet connected to a main circuit for supplying high pressure fuel, and an electrical device (40) for starting the engine And an electrical starter cooling device connected to the pumping device to ensure cooling by fuel circulation,
The cooling device (54, 56, 58) has an inlet that is driven by an electric motor (52) independently of the high pressure pump (26) and connected to the pumping device upstream of the high pressure pump (26). An aero engine, characterized in that it is supplied with fuel by a pump (50) having it.
冷却装置に供給する電気ポンプ(50)が、低圧ポンプ(24)の出口と高圧ポンプ(26)の入口との間でポンピング装置に連結された入口を有することを特徴とする、請求項1に記載の航空エンジン。 The pumping device comprises a low pressure pump 24 driven from the shaft of the engine and having an outlet connected to the inlet of the high pressure pump (26);
The electric pump (50) supplying the cooling device has an inlet connected to the pumping device between the outlet of the low-pressure pump (24) and the inlet of the high-pressure pump (26). The listed aero engine.
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